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- 2006-03-17 22:49:55 作者：tomato 来源：工业工程网 浏览次数：0 网友评论条
- 听觉显示器是人机系统中利用听觉通道向人传递信息的装置，按其所显示信息的特点可分为言语听觉显示器和声音听觉显示器。常见的听觉显示器有电话、耳机、蜂鸣器、汽笛、哨子、号角和扬声器等。由于听觉通道比其他感觉通道具有易引起人的不随意注意、反应速度快、不受照明影响和对复杂信息的短时记忆消退较快等特点，听觉显示器适用于下列各种场合；信号源本身是声音；视觉通道负荷过重；信号需要及时处理，并立即采取行动；视觉观察条件（如照明或观察位置）受限，以及显示某种连续变化而不需要作短时贮存的信息。它通常被用于告警、导航和追踪等任务中。
一、听觉显示器设计的基本要求。
听觉显示器的设计必须满足人对声音信号的检测和辩认的要求。
1、信号检测。通常，信号的出现总与一定的背景噪声相联系。由于噪声的掩蔽作用会使信号的觉察阈限升高，所以只有将信号的响度提高到足以抵消掩蔽效应的水平，才能正确觉察信号。
在宁静的环境中，纯音信号应高于绝对阈限40-20分贝（A）才能为人所觉察。人对纯音信号的检测效率随人号频率和持续时间的不同而异。低频信号较高频信号受噪声掩蔽程度轻。声音信号的持续时间，在一定的范围内（约200-500毫秒）可以与信事情强度互相补偿。当持续时间短于200毫秒时，人感觉到的主观响度明显下降；当持续时间超过几秒时，响度感觉不再提高，一般认为纯音的持续时间不宜短于300毫秒。有人通过对喧闹环境中信号检测效率与信号强度关系的研究，提出了一个根据经验确定信号最佳水平的方法。按此法确定的信号最佳水平落在口音掩蔽条件下测得的信号检测阈限至阈限以上110分贝的范围内。菲德乐的研究发现，在1/3倍频带中，人的效绩是信噪比的函数。增加该频带的信号强度或降低该频带的噪声强度对提高检测信号的效绩具有重要作用。
2、信号的相对辩认。指对两个以上同时出现的声音信号加以区别。对声音相对辩认的效绩主要取决于人对声音信号的强度和频率差别的辨别能力。
一般要求作强度辨别的纯音信号的信号强度至少要高于绝对阈限60分贝（A），频率范围以1000-4000赫兹为宜。需作频率辨别的纯音信号，信号强度应高于阈限30分贝（A）以上，频率宜在500-1000赫兹范围内。
3、信号的绝对辩认。信号的绝对辩认指根据声音信号的频率、强度、持续时间、方位等维度特性，辩别某种单独显示的听觉信号，多维编码可提高听觉编码数目。波拉克对听觉信号的方向、频率、强度、重复速度、中断时间和持续时间等维度的组合进行了研究。结果表明，多维编码的代码数目大于单维编码，对于相等的代码数目，使用较多的维度和较少的等级（例如用八个维度，每个维度采用两个等级）的多维码方案，比使用较少指令玉攻较多的等级（例如用四个维度，每个维度采用四个等级）的方案更为有效。
二、听觉显示器的设计原则
听觉显示器的传递效率在很大程度上取决于其设计特性与人的听觉通道特性的匹配程度。要使两者匹配，听觉显示器的设计必须遵循以下原则：
1、听觉刺激所代表的意义一般应与人们已经学得的或自然的联系相一致。例如尖消声应同紧急情况相联系，高频声音同“向上”或“高速”相联系。选用的信号应尽量避免与以前使用过的信号相矛盾。在用新的听觉信号代替旧的信号系统（如视觉信号系统）时，可将两种信号系统同时并用一段时间，以帮助人们对新的听觉信号形成习惯。
2、采用声音的强度、频率、持续时间等维度作信息代码时，应避免使用极端值。代码数目不应超过使用者的绝对辨别能力。
3、信号的强度应高于噪声背景，保持足够的信噪比，以防声音掩蔽效应带来的不利影响。
4、昼使用间歇或可变的声音信号，避免使用稳定的信号，以减弱对信号的听觉适应。
4、尽量使用间歇或可变的声音信号，避免使用稳定的信号，以减弱对信号的听觉适应。
5、不同的声音信号尽量分时呈现，时间间隔不宜短于1秒。对必须同时呈现的信号可采取将声源的空间位置分离或按其系统的重要程度提供优先注意的指示等方法。
6、对不同场合使用的听觉信号应尽可能标准化。
三、听觉告警显示器的设计
人的听觉系统的特点特别适合把听觉显示器用于告警显示。最常用的听觉告警显示器有蜂鸣器、铃、号角和汽笛等。它们各具特点，分别适用于不同的使用条件。表2对各种常见的听觉告警显示器的特点作了总结。
阿达姆斯和特拉克斯在五种不同的噪声环境中测定了尖哨声、短促的尖叫声、高喊声、“唷”声、间断的号角等八种不同的告警信号的反应时，结果表明：“唷”声（在1.4秒内，频率从800赫兹下降到100赫兹）和喇叭“嘟嘟”声（间断喇叭，频率425赫兹，响0.7秒，停0.6秒）的反应时最短，尖哨声（在3.8秒时间内，频率从400赫兹逐渐提高到925赫兹）的反应时最长。信号的强度与平均反应时的关系如图1所示。反应时随信号强度的提高而缩短。在信号强度的提高过程中，不同告警信号在反应时上的差别有减小的趋。莫伦对反应的性质进行了分析。结果如图2所示：在简单反应中反应时随信号强度增大而缩短；在选择反应中，中等强度声音信号的反应时最短，信号强度过高和过低都使反应时增长。信号强度过低，不能使接受者立即引起注意，而信号过强则引起惊跳反射，两者都对作业效绩产生不利的影响。从以上的研究可见告警声信号强度的选择，应以任务的性质与要求为依据。
总结前人的研究结果，可对听觉告警信号的设计和选用提出以下建议：
1、应使用200-5000赫兹（最好为500-3000赫兹）的声音，因为耳朵对这一频率范围最敏感。
2、长距离传送声音告警信号时，频率低于1000赫兹，并且要用较大的功率发送。
3、声音告警信号若需绕过较大的障碍物或穿过隔离物时，应使用低于500赫兹的频率。
4、如果存在弟背景噪声，应使用与任何背景噪声频率不同的声音告警信号，使掩蔽效应减至最小。
5、应尽量采用变频信号或间断的声音信号，这类信号与正常信号有足够大的差别，容易引起注意。
6、在用不同的声音告警信号表示需要作出不同反应的场合，应使每种信号都能从别的信号中分辩出来。
7、如有可能，听觉告警信号要用独立的通讯系统，不要把听觉告警装置用于其他的目的
- 本文引用地址：http://www.iecn.org/article/2006/0317/article_123.html
- 编辑：tangwu
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